硅藻土礦粉用作瀝青改性劑的研究

張 彬

(內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 024005)

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硅藻土礦粉用作瀝青改性劑的研究

張 彬

(內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 024005)

近些年來隨著對瀝青路面性能要求越來越高，我們經(jīng)常對傳統(tǒng)瀝青添加改性劑來提高它的路用性能。硅藻土孔隙度大，延伸性強，抗沖擊、拉伸、撕裂強度較高。同時硅藻土在我國儲存量較大，取材簡便。本試驗中用10 μm硅藻土、90#瀝青和礦粉制成三種瀝青膠漿，分別為硅藻土瀝青膠漿，礦粉瀝青膠漿以及硅藻土礦粉混合瀝青膠漿。首先對瀝青膠漿進行三大指標(biāo)的常規(guī)試驗，計算出三種膠漿的針入度指數(shù)，當(dāng)量軟化點和當(dāng)量脆點，通過以上實驗我們可以得知加入硅藻土可以提高瀝青膠漿的感溫性及高低溫性能。

硅藻土；性能試驗；瀝青膠漿；改性材料；礦粉

1 試驗設(shè)計

1.1 試驗方案

本次試驗主要是對礦粉瀝青膠漿、硅藻土瀝青膠漿和礦粉硅藻土瀝青膠漿的力學(xué)性能進行對比研究。本文通過瀝青三大指標(biāo)試驗比較其高、低溫性能；通過彈性恢復(fù)試驗來比較瀝青膠漿的彈性恢復(fù)性能；然后進行離析試驗來評價改性劑與基質(zhì)瀝青的相容性和穩(wěn)定性；進行吸附性試驗來評價瀝青膠漿對粗集料和細(xì)集料粘附的效果；最后進行布氏粘度試驗測出瀝青膠漿的表觀粘度從而評價改性瀝青膠漿的耐高溫性能。試驗所用的瀝青種類是盤錦-AH90#瀝青，并選用10 μm的硅藻土。其技術(shù)指標(biāo)如下：

表1 瀝青性能指標(biāo)

表2 硅藻土性能指標(biāo)

1.2 試驗步驟及方法

(1)瀝青膠漿常規(guī)試驗

第一個試驗首先用機械攪拌法制備瀝青膠漿，制備過程如下：①用盛樣皿稱取一定質(zhì)量制備好的基質(zhì)瀝青，在密閉電爐中加熱到135 ℃，直至瀝青呈流動狀態(tài)，便于攪拌；將硅藻土和礦粉在135 ℃溫度環(huán)境中烘干至恒重并保溫至少4 h。②用高速剪切攪拌機將135 ℃的瀝青攪拌均勻，攪拌速度為600 r/min左右，分別將10%的硅藻土，10%的礦粉以及含有10%硅藻土的10%的礦粉取所需質(zhì)量的填料，緩緩加到瀝青里，填料加入完成后保持轉(zhuǎn)速不變繼續(xù)攪拌10 min，以使填料與瀝青充分混合，直至填料充分溶解，瀝青中無結(jié)團，攪拌均勻后隨即澆注改性瀝青膠漿試模。隨后對制備完的瀝青膠漿進行三大指標(biāo)測定。

(2)硅藻土瀝青膠漿性能試驗

第二個試驗對硅藻土改性瀝青膠漿試驗進行性能分析:①本文擬采用布氏旋轉(zhuǎn)粘度計，用21號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為50 r/min。分別測定基質(zhì)瀝青、10 μm硅藻土、礦粉、硅藻土和礦粉瀝青膠漿在135 ℃、145 ℃、155 ℃和165 ℃條件下的表觀粘度，每種瀝青膠漿中填料的摻量都為10%,并進行各瀝青膠漿下粘溫性能分析。②本試驗采用一字試模，用延度儀以5 cm/min的速度拉伸10 cm，立即用剪刀將試件在中間剪短，水中靜置一小時后將試件兩端輕輕捋直，測斷口之間的距離，并用公式(2)計算彈性恢復(fù)值，對比分析各瀝青膠漿彈性恢復(fù)率。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 瀝青膠漿常規(guī)評價指標(biāo)

(1)感溫性

在本實驗中通過測定各種瀝青膠漿在30 ℃、25 ℃及15 ℃下的針入度，

logP=AT+K

(1)

式中：P為瀝青膠漿的針入度，0.1 mm；A為針入度-溫度感應(yīng)性系數(shù)；T為溫度，℃；K為回歸系數(shù)。

(2)低溫性能

當(dāng)量脆點T1.2及5 ℃延度可以表示瀝青的低溫性能，當(dāng)量脆點T1.2是指瀝青的針入度為1.2(0.1 mm)時對應(yīng)的溫度，其計算公式為

(2)

式中：A，K為意義同前。

(3)高溫性能

軟化點和當(dāng)量軟化點T800可以表示瀝青的高溫性能，當(dāng)量軟化點T800指針入度值為800(0.1 mm)時的溫度

(3)

式中：A，K為意義同前。

由實驗一得出各瀝青膠漿常規(guī)性能指標(biāo)，針入度、軟化點及延度的實驗數(shù)據(jù)如表1、圖1、圖2所示。

表1 不同改性瀝青針入度試驗各指標(biāo)計算值

圖1 不同瀝青膠漿軟化點

圖2 不同瀝青瀝青膠漿延度

分析圖1得： 無論是哪種瀝青，針入度都隨著溫度的增加而增大，其中基質(zhì)瀝青增加的幅度最大。在同一溫度水平上，與基質(zhì)瀝青相比，無論是加入硅藻土還是加入礦粉瀝青的針入度都有所下降。在同一溫度水平上，礦粉改性瀝青比硅藻土改性瀝青的針入度值降低較多，說明礦粉使瀝青變稠硬的效果勝于硅藻土， 15 ℃時，三種改性瀝青膠漿與基質(zhì)瀝青的針入度相近，略有降低。分析圖2得：各瀝青膠漿的軟化點值符合規(guī)范要求，相對基質(zhì)瀝青，改性瀝青膠漿的軟化點均有所提高，硅藻土提高了8.8%，礦粉的提高了10.8%，后者提升幅度比較大，表明摻入硅藻土后，瀝青膠漿的高溫穩(wěn)定性得到明顯改善，但礦粉對瀝青改善的效果更大，硅藻土瀝青膠漿的高溫穩(wěn)定性不如礦粉膠漿。分析圖3得：無機改性瀝青較基質(zhì)瀝青延度有所降低，其原因是填料會阻礙瀝青大分子的流動，使瀝青變硬，延性減小，且根據(jù)第三組改性瀝青膠漿的延度值可知，礦粉降低的程度比硅藻土降低的程度大。

由實驗結(jié)果分析可見，硅藻土和礦粉的加入對瀝青的高溫型和感溫性能都有一定的改善，且在這兩方面硅藻土對瀝青的改善效果均不及礦粉，然而在低溫性方面，硅藻土對瀝青的改善效果要優(yōu)于礦粉。同時，三大指標(biāo)試驗也有一些缺點，如試驗數(shù)據(jù)的離散性較大，相關(guān)性較差，未能很好地比較不同改性物質(zhì)對瀝青的影響情況，可能的原因是改性瀝青的相容機理及改性顆粒顆粒與瀝青的相互作用過程與聚合物改性瀝青有所區(qū)別，因此，不能完全按照普通瀝青和聚合物改性瀝青的試驗方法來評價無機瀝青的性能好壞。

2.2 硅藻土瀝青膠漿性能評價指標(biāo)

由試驗二得出瀝青膠漿粘度以及彈性恢復(fù)率指標(biāo)，實驗數(shù)據(jù)如圖3、圖4所示。

圖3 各瀝青膠漿粘度隨溫度變化曲線

圖4 各瀝青膠漿彈性恢復(fù)率

分析圖4得：(1) 在相同溫度條件下，硅藻土和礦粉瀝青膠漿的表觀粘度均大于基質(zhì)瀝青，表明無機改性劑的摻入提高了瀝青的粘度，其原因是由于硅藻土和礦粉大的比表面積，使其與瀝青的接觸面積也相應(yīng)增大，能夠吸附穩(wěn)定更多的瀝青，形成較厚的結(jié)構(gòu)瀝青層，并相應(yīng)地減少了自由瀝青成分，因此改性瀝青的粘度提高。(2) 相同溫度下，礦粉瀝青膠漿的表觀粘度比硅藻土的大，說明礦粉改善瀝青高溫粘度的效果更好。(3) 各種瀝青膠漿的表觀粘度隨溫度升高而逐漸減小。

3 結(jié) 論

(1) 硅藻土有較大的比表面積，其殼壁獨特的微孔結(jié)構(gòu)，能夠有效地吸附穩(wěn)定瀝青，可以用作瀝青改性劑。

(2) 瀝青膠漿常規(guī)性能試驗顯示，經(jīng)硅藻土改性后瀝青的軟化點提高，瀝青的感溫性和高溫性能得到一定改善。10 μm硅藻土比35 μm硅藻土瀝青膠漿的軟化點高1.6 ℃，說明粒徑較小的硅藻土對瀝青的高溫性能改善效果更好。

(3) 相對基質(zhì)瀝青，10 μm和35 μm硅藻土瀝青膠漿的25 ℃針入度分別減小29%和20%，當(dāng)量軟化點提高25%和17%，當(dāng)量脆點降低79%和61%，表明硅藻土瀝青膠漿的感溫性降低，高低溫性能得到提高，且10 μm硅藻土的改善效果更優(yōu)。

(4) 布氏旋轉(zhuǎn)粘度試驗表明，相同溫度條件下硅改瀝青比基質(zhì)瀝青的表觀粘度大，且10 μm硅藻土瀝青膠漿的粘度值大于35 μm硅藻土，再次說明10 μm硅藻土對瀝青的高溫改性作用優(yōu)于35 μm硅藻土。

[1] 栗海濤，趙小潔，岳晉偉，等.硅藻土改性瀝青性能影響因素的灰關(guān)聯(lián)理論分析[J]. 低碳世界，2013，(20)：308-309.

2016-01-18

張彬(1979-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，講師，研究方向：道路橋梁。

U412

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1008-3383(2016)08-0017-02